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ANÁLISE DO LIMITE DE RESISTÊNCIA NO PROCESSO DE DOBRAMENTO DO AÇO LNE 380 UTILIZADO NA CONFECÇÃO DE

COMPONENTES AUTOMOTIVOS

RESUMOOs processos de conformação por estampagem são de extrema importância para o setor metal mecânico, as peças são dobradas e necessitam assimilar as energias de deformação. Os aços de baixo carbono e microligados estão sendo o caminho para o ganho da relação peso e eficiência. O artigo teve como objetivo analisar os testes realizados com o aço LNE380, onde buscou-se identificar fatores que possam influenciar no processo de dobra. Para tanto, partiu-se da hipótese de que o aço LNE 380 possui uma ductilidade adequada para a realização de processos de dobra. Foi verificado que apesar da homogeneidade dos grãos originais do processo obtidos na hora da deformação por dobramento, eles são encruados de forma diferente. Portanto foi observado no trabalho com as análises estatísticas e de micrografia as propriedades que fazem desse material uma boa opção para o dobramento.

PALAVRAS-CHAVE: Aços de alta resistência e baixa liga; dobramento; LNE 380.

ABSTRACT:Stamping forming processes are of utmost importance for the metalworking sector, the parts are bent and need to assimilate the deformation energies. Low carbon and microalloyed steels are being the way to gain weight and efficiency ratio. The article aimed to analyze the tests performed with LNE380 steel, where we sought to identify factors that may influence the bending process. Therefore, it was assumed that the LNE 380 steel has an adequate ductility for bending processes. It was found that despite the homogeneity of the original process grains obtained at the time of bending deformation they are hardened differently. Therefore, it was observed in the work with the statistical and micrographic analysis the properties that make this material a good option for folding.

Keywords: High strength low alloy steels; folding; LNE 380.

INTRODUÇÃO

A diversidade de aços disponíveis no mercado, em termo de propriedades mecânicas, faz com que a seleção do material adequado, se torne uma tarefa que, mesmo os materiais que antes eram somente possíveis de se obter resultados através do sacrifício de outras características, como a soldabilidade e resistência mecânica, podem ser alcançadas utilizando elementos que agem na formação de microestruturas com elevado refino de grão. Esta característica contribui para uma melhor ductibilidade evitando rupturas na parte externa da dobra “reduzir os teores de carbono e demais elementos de liga sem que haja prejuízo para as propriedades

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mecânicas da chapa, o que contribui para aumentar sua soldabilidade” (GORNI, 2009; CALLISTER, 2002; POPOV, 1978).

Chapas de aço HSLA são normalmente utilizados em projetos de peças e equipamentos que serão submetidos a um grande esforço, porém não há interesse em que o produto final aumente seu peso. Esses aços se destacam especialmente na indústria automotiva de veículos leves, no entanto, chapas grossas, que são consideradas a partir de 6 mm de espessura, também possuem uma vasta aplicabilidade e são destinadas a fabricações mais robustas como componentes de veículos pesados (FREES, 2017).

Para conformação por dobramento, é necessário que o material possua boa ductilidade a fim de evitar rupturas comuns na parte externa da dobra. Entretanto uma boa ductilidade não é a maior dificuldade no processo, mas sim, obter maior precisão dimensional e geométrica, em vista que o retorno elástico nesse tipo de conformação é considerável (BEER e JOHNSTON, 1996; SANTOS 2013).

METODOLOGIA

O material utilizado no trabalho se trata de um aço ARBL (alta resistência baixa liga). Por meio da figura 1 pode-se visualizar a composição química do aço, os valores foram obtidos na empresa e fornecidos ao trabalho para ajudar na discussão.

Figura 1 - Análise química do material

Fonte: SENAI CRUZEIRO SP 2019

O aço em questão é utilizado em processo de conformação mecânica por dobramento para componentes automotivos. A motivação do estudo foi por conta dos defeitos apresentados no processo durante a estampagem. Foi obtida uma

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amostra não processada, imagem (a) e uma amostra estampada, imagem (b) da figura 2. Assim podem ser visualizados os corpos de provas para os estudos metalográfico e dureza e respectivamente.

Foi analisado no trabalho o ensaio de tração seguido de uma análise estatística e um ensaio de dureza. Foram utilizados os equipamentos da empresa, o equipamento para ensaio de dureza foi Emcotest M4U 025. Foram realizados 6 testes medidas de dureza em diferentes pontos do corpo de prova, como pode ser observado por meio da imagem (b) da figura 2.

Figura 2 - Corpos de prova com seus respectivos valores de dureza e áreas de análise

Fonte: SENAI CRUZEIRO, SP 2019.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O gráfico da figura 3 representa os valores das propriedades mecânicas de tração de 22 amostras, foram obtidos a média para a tensão de escoamento, 425

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MPa e desvio padrão de 65, média do limite de resistência 540 MPa e desvio padrão de 45. Para um aço de baixo carbono possui um alto valor de tensão de escoamento e limite de resistência, sua diferença na média seria de 115 MPa, valor de certa forma baixo deixando a ideia de ser um material de baixa energia de deformação.

Figura 3 - Tabela das análises estatísticas realizadas

.Fonte: SENAI CRUZEIRO SP, 2019

As imagens da figura 4, são as imagens das posições demostradas na imagem (b) da figura 2, são as regiões da zona de tração 01, da linha neutra 02 e da zona de compressão. Dependendo do raio de curvatura a linha imaginária neutra aproxima-se ou afasta-se da região de tração, se o raio de curvatura aumentar ou houver uma contracurva essa linha aproxima-se da região de compressão, levando a um ajuste interno do material, isto pode ser mais acentuado em materiais com maior dureza, esse fenômeno pode ser chamado de “spring back” (TIMOSHENKO; GOODIER, 1980).

Pode ser observado na imagem (a) da figura 4, onde representa a região de tração da amostra dobrada, que os grãos estão de certa forma tracionados, na imagem (b) representa teoricamente a linha imaginária ou a região central, nota-se que os grãos estão de certa forma homogêneos com relação a sua forma geométrica. As fases apresentadas são típicas de um aço de baixo carbono, ou seja, os grãos claros são as ferritas e os grãos escuros são perlitas. Por outro lado, por se aproximar das regiões de deformação e movimentação da linha neutra foram observadas ilhas de grãos deformados, pois esse material ao ser deformado apresenta quase totalmente na sua originalidade grãos equiaxiais provenientes do processo de recozimento da liga.

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Figura 4 - Imagens micro gráficas do corpo de prova dobrado (ataque nital 2%).

Fonte: SENAI CRUZEIRO SP, 2019.

A imagem (c) da figura 4 representa a região de compressão do dobramento, foi verificado que os grãos estavam “achatados” e de forma não homogênea, ou seja, algumas regiões os grãos estavam mais deformados e outras regiões com menos deformação. Estas condições podem diferir da região 01 tracionada com relação a dureza, ou seja, uma foi deformada pela tração e outra pela compressão.

Quando se traciona um componente as tensões são basicamente uniaxiais e quando se comprime podemos verificar mais um componente de tensão, a tensão normal de reação, este fato pode levar a região de compressão a um aumento do encruamento. Isto pode ser verificado até visualmente, pois ela fica um pouco mais espessa do que o resto da chapa. Por outro lado, já foram feitos testes de corrosão em amostras curvas e verificou-se que a região de tração fica mais susceptível à corrosão, talvez pela abertura das “fibras” tracionadas.

As medidas de dureza no material ficaram na média de 138 Brinell, essa média é típica de materiais dúcteis, pois se trata de um aço de baixo carbono, estes tipos de aço são muito utilizados para estes processos, com o cuidado de apresentar linhas de “distensão”, por isso o processo de conformação das tiras é importante

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para que evite estes defeitos na hora da estampagem. Este tipo de comportamento pode ser revelado no ensaio de tração pelos valores de tensão de escoamento.

As imagens das fases da figura 5 podem ajudar a explicar as regiões de envolvidas no processo de dobramento.

Figura 5 – Micrografias das regiões de dobramento

Fonte: SENAI CRUZEIRO SP, 2019.

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As imagens (a) e (b) são a partir da linha neutra da curvatura e as imagens (e) e (f) são mais próximas da região de tração, pode ser observado à tração dos grãos deformados nas imagens (e) e (f), com relação as fases apresentadas podemos observar grãos circulares ou idiomórficos de ferrita e cementita nos contornos de grãos, os grãos foram tão alongados conforme a imagem (f) mostra que pode até se confundir com grãos colunares de solidificação.

Com relação as imagens (c), (d), (g) e (f), da figura anterior, revelam a parte interna ou região de compressão. Pode ser observado com maior atenção as imagens (g) e (f), em que apresentam pequenas ilhas de grãos de ferrita aglomeradas com tamanho maior e entorno delas grãos de ferritas menores. Pode se concluir que as ilhas não foram deformadas perante fluxos de deformação com contornos de grãos menores ou encruados. Se compararmos esse aglomerado de grãos como uma “esfera” eles podem se tornar uma ajuda no processo de encruamento, ou seja, se torna um facilitador dos movimentos dos outros grãos, diminuindo as tensões internas e a dureza desta região de compressão.

CONCLUSÃO

Pode se concluir que, com a pesquisa apresentada as regiões analisadas do aço em processo de dobramento apresentaram diferenças nas regiões de compressão e tração, os grãos se apresentaram de forma diferente com relação a geometria. A região de compressão ficou com os grãos achatados e na região de tração os mesmos ficaram tracionados.

Com relação a análise de tração apresentada no trabalho, foi observado que não houve um ciclo de tensão de escoamento que caracterizasse defeitos de “Luder” para o processo de conformação. Foi verificado neste ensaio uma tensão de escoamento razoavelmente alta para essa liga, já o limite de resistência foi considerado alto para um material de baixo carbono, já que o processo de dobramento exige grande deformação e se o nível do LR for muito alto junto a diferença na média para a tensão de escoamento, esse material pode não assimilar a energia e ocorrer a quebra. Porém se verificarmos a diferença do máximo e mínimo, ou seja, 280 MPa podemos considera-lo como uma boa opção para os processos de dobramento.

O presente trabalho ainda é um processo de pesquisa que será continuado com o mapeamento das partes externas e internas longitudinais, já a região analisada da chapa dobrada foi a lateral, será verificada a deformação nas fases ferrítica e perlítica, pois as fases também possuem durezas diferentes, assim alterar a composição e tratamento desses materiais pode alterar o processo anisotrópico logo, pode mudar o comportamento na hora da deformação.

Outro fator que pode ser analisado é que as micrografias das partes externas e internas do dobramento ajudariam mais no efeito de retorno ou no “spring back”.

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ReferênciasBEER, F; P.; JOHNSTON JR, E. R. Resistência dos Materiais, Terceira Edição, MAKRON Books, São Paulo, 1996.

CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.

FREES, MONIQUE VALENTIM DA SILVA, Avaliações sobre o processo de dobramento do aço NBR 6656 LNE 380. Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2017.

GORNI, Antônio A.; Silveira, José H. D. da; Reis, Jackson S. de S., Metalurgia dos aços microligados usados na fabricação de tubos soldados com grandes diâmetros. Tubo & Companhia, Setembro/outubro de 2009, Disponível em: https://www.gorni.eng.br/Gorni_TuboCia_Set2009.pdf, Acesso em: 15 de agosto de 2019.

POPOV, E. P. Introdução à Mecânica dos Sólidos. Editora Blucher, 1978.

SANTOS, R.A., Influência da Força Pós Dobra e da Geometria da Ferramenta no Retorno Elástico em Processos de Dobramento de Aços de Alta Resistência. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica), Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 115f, 2013.

TIMOSHENKO, S.P.; GOODIER, J.N. Teoria da Elasticidade. Terceira Edição, Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1980.